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管道常用补偿器的安装方法

发布时间:2020-10-11 05:24

  管道常用补偿器的安装方法_能源/化工_工程科技_专业资料。2003 年 8 月 石 油 工 程 建 设 第 29 卷第 4 期 管道常用补偿器的安装方法 潘 越 , 赖华宴 ( 中国石油天然

  2003 年 8 月 石 油 工 程 建 设 第 29 卷第 4 期 管道常用补偿器的安装方法 潘 越 , 赖华宴 ( 中国石油天然气第一建设公司 , 河南洛阳 471012) 摘 要 :管道常用补偿器的形式有自然补偿器 、 П 形补偿器 、 填料式补偿器 、 波形补偿器 和球形补偿器 。 文章分析了这 5 大类补偿器的优缺点及适用范围 , 并重点介绍了安装中的注 意事项 :对于自然补偿器 , 要严格控制长短臂的长度和支吊架的位置 ;П 形补偿器和波形 补偿器 , 其预拉伸或预压缩量必须依据工作状况而定 ;而填料式补偿器 , 要确保其中心线不 偏离管道中心线 , 且插管和套筒挡圈间的安装剩余收缩量要适当 ;对于球形补偿器 , 控制两 球体的间距是关键 。 另外 , 支吊架作为补偿器的重要辅助部件 , 其安装质量也是不容忽视 的。 关键词 :管道 ; 补偿器 ; 支吊架 ; 安装 中图分类号 : TE 973 . 9 文献标识码 : B 文章编号 : 1001 2206( 2003) 04 0022 05 在石油化工装置中 , 管道每隔一定的距离都要 设置热膨胀的补偿装置 , 以减少并释放管道受热膨 胀时所产生的应力 , 保证管道在热状态下稳定和安 全地工作 。 补偿器和支吊架的安装应严格按照施工 规程进行 , 不正确的安装往往使补偿器失去应有的 作用 , 给管道运行带来安全隐患 。 1 补偿器的安装 常用补偿器的形式有自然补偿器 、 п形补偿器 、 填料式补偿器 、 波形补偿器和球形补偿器 5 大类 。 1. 1 自然补偿器的安装 自然补偿器按照形状分为 L 形补偿器 、 Z 形补 偿器 ( 见图 1) 和空间立体弯补偿器 。 管道上有一 个 90° ~ 135° 的弯管称为 L 形补 偿器 , 管道上有两 个反向 90 ° 的弯管称为 Z 形补偿器 。 自然补偿器是利用热力管道的自然弯曲来消除 管道因通入热介质而产生的膨胀伸缩量 , 它由管道 中的弯管 ( 或弯头) 构成 , 不仅结构简单 , 制作 、 安装方便 , 而且安全可靠 。 设计者会优先考虑选用 ( 3) 在精加工以后焊缝和锻件的其它部位经 磁粉 、 超声波检测 100 %合格 。 目前该设备已正常 运行一年半 , 状态良好 。 5 结束语 ( 1) 过渡段制作采用的拼接工艺 、 手工焊接工 艺参数 、 数控加工的工艺程序是可行的 。 ( 2) 制作中积累了许多实践性较强的工艺数据 和操作经验 , 对指导以后制造类似的过渡段提供了 很好的技术基础 。 ( 3) 拼装焊接采用手工焊方式 , 劳动强度大 , 对操作人员的技术要求十分高 , 在今后类似工程中 可探讨采用半自动焊或 CO2 气体保护焊的方法 。 参考文献 : [ 1] 张金禄 . Cr -Mo 钢 焊缝金 属低温 韧性的 改善 [ J] . 压 力容 器 . 1999 , 4( 5) . [ 2] 中国机械工程学 会焊接学 会 . 材料 的焊接 [ M] // 焊接 手册 . 北 京: 机械工业出版社 , 1995. [3 ] 中石化集团 北京设计 院 . L8201 -104EQ1/ A 1, 焦炭塔 制造技 术 条件[ S] . 2001. 作者简介 :邬佳浩 , 男 , 工程师 。 1992 年毕 业于浙 江工 业 大学化工机械与设备 专业 , 长 期从事 石油工 程施工 安装 和 压力容器制造的技术 管理工 作 , 现任 中石化 第三建 设公 司 机械制造厂副厂长 。 收稿日期 :2002 -07-12;修回日期 :2003 04 10 · 22 · 第 29 卷第 4 期 潘越等 :管道常 用补偿器的安装方法 2003 年 8 月 这种自然补偿器 。 自然补偿器安装最简单 , 但是占 用空间大 , 有一定的局限性 。 内 , 平面扭 曲 偏 差 不 得 大 于 3mm/m , 且 不 大 于 10mm ; 垂直长臂的长度偏差不大于 ± 10mm , 且两 臂长度必须一致 ;水平臂长度偏差应小于 ± 20mm 。 图 3 是 п形补偿器受热膨胀变形示意图 , 从图 中可以看出 , 补偿器的水平臂变形较大 , 垂直臂中 部变形较小 , 所以无论用几根管子煨制补偿器 , 在 水平臂上不应设置焊口 , 焊口位置应设置在垂直臂 的中部 ( 见图 4) 。 图 1 自然补偿器的形式 通常情 况下 , L 形补偿 器长 臂的长 度不宜 过 大 , 一般为 20 ~ 25m , 否则会造成短臂的侧向移动 量过大而失去作用 ;Z 形补偿器的有效长度 L ( L = L1 + L 2) 一般控制在 40 ~ 50m 的范围内 。 在制作安装 L 形补偿器和 Z 形补偿器时应严格 按照施工图进行 , 不宜对其长短臂和支吊架进行随 意改动 , 以免补偿器失去应有的作用 。 空间立体弯补偿器可以看作 L 形补偿器和 Z 形 补偿器的空间立体组合 , 制作安装要求大致与 L 形 补偿器和 Z 形补偿器相同 , 在此不作论述 。 1. 2 п形补偿器的安装 热力管网一般多采用 п形补偿器 , 它的优点是 工作可靠 、 坚固耐用 、 补偿能力强 、 现场制作方便 , 缺点是占地面积大 。п形补偿器广泛应用于碳钢管 道 、 不 锈钢 管道 、 有色 金属 管 道以 及 塑 料管 道 、 PVC 管道 。 п 形补偿器由 4 个 90 ° 弯管段组成 , 根 据国家 采暖通风标准图集中的规定 , 其常用的 4 种类型如 图 2 所示 , п形补偿器规格尺寸和补偿性能都有严 格的规定 。 图 4п 形补偿器焊口位置示意 1. п形补偿器工作时的形状 ;2 . п形补偿 器制作后的形 状 ;3. п 形补偿器安装后的形状 ; 4. п形补偿器固 定支架位置 ;Δx 为 预拉伸或预压缩的量 图 3п 形补偿器膨胀变形示意 安装 п形补偿器前必须对补偿器进行预拉伸或 预压缩 , 输送热介质的管道需冷拉 , 输送冷介质的 管道需冷压 。 预拉伸或预压缩的量 , 当设计温度小 于 25 ℃ 时为 0 . 5 ΔL ( ΔL 为设计补偿量) ;当设计 温度等于 25 ~ 400 ℃时为0 . 7 ΔL ;当设计温度大于 400 ℃ 时为1 . 0 ΔL 。 这样便于充分利用 п形补偿器 的设计补偿能力 。 补偿器预拉伸或预压缩应在两个固定支架之间 的管道安装完毕并与固定支架连接牢固以后进行 , 预拉伸或预压缩的焊口位置离补偿器的起弯点应大 于 2m , 并应将补偿器两臂同时进行拉伸或压缩 。 制作好的 п形补偿器经过检验合格后才可以安 装 , 预拉伸或预压缩值必须符合设计文件的规定 , 允许偏差为 ± 10mm 。 п 形补偿器通常采用水平安装 , 只有在空间狭 小不能水 平安装时 , 才 允许垂直安装 。 水平安装 时 , 平行臂应与管线坡度相同 , 两垂直臂应平行并 1型 ( B= 2 H) ; 2型 ( B =H) ; 3型 ( B =0 . 5H ) ;4 型 ( B =0) 图 2 п形补偿器类别 п 形补偿器最好采用一根无缝钢管弯制而成 , 尺寸较大的也可用 2 ~ 3 根 管子焊接制作而成 , 4 个弯管的角度都必须是 90° , 并要求处于一个平面 · 23 · 2003 年 8 月 石 油 工 程 建 设 第 29 卷第 4 期 呈水平状态 。 垂直安装时应根据不同介质设置排气 或疏水装置 。 安装 п 形补偿器时 , 应用 3 个以上受力点起吊 , 将两垂直臂撑牢 , 并把撑拉结构和补偿器一起固定 好 , 以防变形 。 当补偿器与两个固定支架之间的管 道组对焊接后 , 才可把撑拉结构从补偿器上取下 。 当一组多个 п形补偿器套装时 , 这些补偿器可 不做预拉伸 , 而是最后将补偿器同管道一起进行拉 伸 。 拉伸补偿器的接口位置一般标注在施工图上 , 若施工图未标注 , 接口位置应远离 п 形补偿器 , 不 得利用靠近补偿器的接口作为拉伸接口 。 固定支吊点与补偿器之间的接口应先 全部焊 牢 , 把 п形补偿器中心线朝固定支吊点的方向偏移 1/4 的膨胀量 , 然后调整接口间隙 , 并用厚度等于 拉伸量的物块加垫在接口间隙内 , 等管道上的所有 固定支吊点紧固好 , 并确保接口间隙符合焊接工艺 要求后 , 焊接接口焊道 。 1. 3 填料式补偿器的安装 填料式补偿器以填料函来实现密封 , 以插管和 套筒的相对运动来补偿管道的伸缩量 , 又称为套管 式补偿器 。 有铸铁和铸钢两种形式 , 铸铁填料式补 偿器的工作压力不超过 1 . 3 MPa , 铸钢填料式补偿 器的工 作压力可 达 1 . 6 MPa 。 其优 点是补 偿量大 , 最大伸缩量可达 400mm ; 安装简单 , 占地面积小 ; 缺点是轴向力大 , 需经常检修 更换填料 , 容 易泄 漏 。 填料式补偿器常用于空间狭小 、 不能安装 п形 补偿器的大直径热力管道 。 填料式补偿器应按设计文件规定的安装长度及 温度变化留有剩余收缩余量 。 剩余收缩余量可按下 式计算 , 其允许偏差为 ±5mm 。 T1 -T 0 S =S 0 T2 -T 0 式中 S —插管和套筒挡圈间的安装剩余收缩余量 /mm ; S 0 —补偿器的最大行程/ mm ; T0 —室外最低设计温度/ ℃; T1 —补偿器安装时的温度/ ℃; T2 —介质的最高设计温度/ ℃。 填料式补偿器在安装时也可不经过计算 , 按表 1 所示条件留出剩余收缩余量 。 表 1填料式补偿器的剩余收缩余量 两固定支架间的管段 长度/ m 100 75 -5 ℃ 30 30 剩余收缩余量/ mm 5 ~ 20℃ 50 40 20℃ 60 50 向填料盒中充填填料时 , 应将填料石棉绳涂以 石墨粉 , 并逐圈装入 、 逐圈压紧 , 各圈接口应互相 错开 , 石棉绳的厚度应不小于补偿器插管和套筒的 间隙 。 填料式补偿器应严格沿管道中心线安装 , 不得 偏斜 , 否则在管道投入运行时 , 可能发生补偿器的 插管和套筒咬住事故 。 在靠近填料式 补偿器的两 侧 , 至少应各有一个导向支架 , 以保证补偿器在管 道运行时不偏离中心 , 自由收缩 。 单向填料式补偿器应安装在固定支架附近 , 套 筒外壳一端朝向管道固定支架 , 伸缩端与产生热膨 胀的管子相连 , 为保证管道与补偿器同心 , 补偿器 的伸缩端必须设 1 ~ 2 个导向支架 。 双向填料式补偿器应安装在两固定支架中部 , 同时两侧应设 1 ~ 2 个导向支架 。 填料式补偿器插管应安装在介质的流入端 , 摩 擦部分应涂上机油 , 非摩擦部分应涂上防锈漆 。 1. 4 波形补偿器的安装 波形补偿器是利用凸形金属薄壳挠性变形构件 的弹性变形来补偿管道的伸缩量 , 以金属薄板压制 而拼焊起来的补偿器 。 按照形状可分为盘形 、 波纹 形 、 鼓形和内凹形 4 种形式 , 常用的是波纹形补偿 器。 波形补偿器所需要的安装空间比自然补偿器和 п 形补偿器要小得多 , 它主要用于低压 、 高温 、 大 直径管道 。 单式波形补偿器是最简单的波形补偿器 , 由一 组波纹管构成 , 主要用来吸收轴向位移 , 也可以吸 收少量横向位移 ;复式波形补偿器由两个单式波形 补偿器串联组成 , 主要用来吸收轴向和横向位移 。 本文只介绍这两种常用的波形补偿器 。 单式波形补偿器 ( 见图 5) 的水平管两端各有 一个固定支架 , 波形补偿器靠近其中一个 , 按设计 要求沿管道设置导向支架 , 以控制位移和防止管道 弯曲 。 位于左侧的定向固定支架在吸收波形补偿器 轴向作用推力的同时 , 允许短臂管热膨胀作横向位 · 24 · 第 29 卷第 4 期 潘越等 :管道常 用补偿器的安装方法 2003 年 8 月 移 , 而短臂管的端部由中间固定支架来固定 。 表 2波形补偿器安装时预拉伸或预压缩的量 安装时的环境温度与 补偿零点温度的差( t 环 - t 补) /℃ -40 -30 -20 -10 0 10 拉伸量 / mm 0. 5ΔL 0. 375ΔL 0. 25ΔL 0. 125ΔL 0 — — — — 压缩量 / mm — — — — 0 0. 125ΔL 0. 25ΔL 0. 375ΔL 0. 5ΔL 图 5 单式波形补偿器安装示意 20 30 40 注 :ΔL 为波形补偿器的设计补偿量 复式波形补偿器由两个单式波形补偿器连接而 成 ( 见图 6) , 可以吸收轴向位移和横向位移 。 波 形补偿器可以吸收管道的轴向膨胀量 , 拉杆承受内 压推力 , 两侧管道的膨胀可使波形补偿器产生横向 位移和轴向位移 。 在管道做水压试验时 , 应将波形补偿器固定牢 靠 , 不使其自由拉长 , 且绝对不允许超过规定的试 验压力 , 以防波形补偿器过分拉长而失去弹性 。 在存放 、 运输 、 装卸和安装波形补偿器的过程 中 , 要采取一切可能的措施保护波纹管 , 避免造成 压痕 、 焊接飞溅物粘连 、 引弧击穿等 。 波形补偿器 安装完毕 , 应对其进行仔细检查 , 确认波纹管没有 损坏 。 1. 5 球形补偿器的安装 球形补偿器由外壳 、 球体 、 密封圈 、 压紧法兰和 联接法兰等主要部件构成 , 在压紧法兰压力的作用 下 , 球体通过两个密封圈嵌固在外壳里来实现密封 。 球形补偿器至少两个组合使用 , 也可 2 ~ 4 个 连成一组使用 , 如图 7 。 利用球形补偿器的随机弯 转来解决管道的热补偿 , 适宜于产生三向位移的蒸 汽和热力管道 , 可以安装于管道的任何位置 , 工作 介质可以由任意一端出入 。 缺点是有侧向位移 , 易 泄漏 。 图 6 带拉杆的复式波形补偿器示意 在弯曲的管段上 , 常采用带紧固装置的波形补 偿器 , 该紧固装置能保证波纹管发生轴向变形 。 安装波形补偿器时应设置临时约束装置 , 在管 道安装后 、 热负荷运行前再拆除临时约束装置 。 安装波形补偿器应按设计文件规定进行预拉伸 或预压缩 。 当设计文件无规定时 , 应根据补偿零点 温度 ( t 补) 对波形 补偿器进行标 定 , 补偿零 点温 度是管道设计最高温度和最低温度的中点温度 。 当 环境温度 ( t 环) 等 于补偿零点温 度时 , 安装 波形 补偿器可不进行预拉伸或预压缩 ;当环境温度高于 补偿零点温度时 , 安装波形补偿器应进行预压缩 ; 当环境温度低于补偿零点温度时 , 安装波形补偿器 应进行预拉伸 。 预拉伸或预压缩的数值见表 2 。 波形补偿器的预拉伸或预压缩应在干净平整场 地上进行 , 并保证各波节的圆周方向受力均匀 , 拉 伸或压缩的偏差应小于 5mm , 当拉伸或压缩达到要 求的数值时 , 应立即安装固定 。亚游开户, 因波形补偿器内有衬筒 , 安装时应使上面的箭 头指向介质流动的方向 , 使衬筒方向顺着介质流动 的方向 , 波形补 偿器应与管道 中心一致 , 不 得偏 斜。 图 7 二组式的球形补偿器 球体在外壳里可以转动的角度称折曲角 , 一般 为 30 ° 左右 , 当需要补偿量一定时 , 两球体的间距 可以按下式计算 : · 25 · 2003 年 8 月 石 油 工 程 建 设 第 29 卷第 4 期 Δ L= θ 2sin 2 式中 L —两球体的间距/mm ; Δ—需要补偿量/mm ; θ — 折曲角/ ( ° ) 。 球形补偿器安装前 , 应将球体调整到所需角度 , 并与两球体间的管道段组对成一体 。 球形补偿器的 安装应紧靠弯头 , 使球心距长度稍大于计算长度 , 其安装方向按介质从球体端进入 、 从壳体端流出为 准 。 垂直安装球形补偿器时 , 壳体端应在上方 。 球形补偿器的固定支架或滑动支架应严格按照 设计文件进行设置 。 运输 、 装卸球形补偿器时 , 应 防止碰撞 , 并保持球面清洁无划痕 。 安装调试合格 后 , 应做好安装记录 。 2 支吊架安装 管道上在装有补偿器的两端必然有固 定支吊 架 , 它不但要承受管道的重力 , 而且其主要作用是 限定管道的活动范围 , 用以控制热变形量和变形方 向 。 由于固定支吊架承受很大的推力 , 因而必须有 坚固的结构和基础 。 滑动支吊架主要承受管道的重力和管道因热位 移摩擦而产生的水平推力 , 并保证在管道发生热膨 胀时 , 能够自由伸缩 。 管道安装时 , 应及时 进行支吊架 的固定和 调 整 , 支吊架位置应正确 , 安装应平整牢固 , 与管道 接触良好 。 固定支架应按设计文件要求安装 , 并应 在补偿器预拉伸之前固定 。 支吊架的焊接应由合格焊工施焊 , 并不得有漏 焊 、 欠焊或焊接裂纹等缺陷 。 管道与支架焊接时 , 不得有咬边 、 烧穿等缺陷 。 无热位移的管道 , 其吊杆应垂直安装 ;有热位 移的管道 , 吊点 应在位移的相 反方向 , 按位 移的 1/2 偏位安装 , 如图 8 所示 。 两根热位移方向相反 或位移不等的管道 , 除设计文件有规定外 , 不得使 用同一吊杆 。 导向支架或滑动支架的滑动面应光滑平整 , 不 得有歪斜和卡涩现象 。 其安装位置应以支承面中心 向位移反方向偏移 , 偏移量应为位移的 1/2 或符合 设计文件规定 , 绝热层不得妨碍其位移 。 图 8 有热位移管吊架安装 管道安装完毕后 , 应按设计文件规定逐个核对 支吊架的形式和位置 。 有热位移的管道 , 在热负荷 运行时 , 应及时对支吊架进行下列检查与调整 : 活 动支吊架的位移方向 、 位移值及导向性能应符合设 计文件的规定 , 管托不得脱落 , 固定支吊架应牢固 可靠 , 弹簧支吊架的安装标高与弹簧工作载荷应符 合设计文件的规定 , 弹簧支架的限位板应在热负荷 运行前拆除 。 有较强振动 的管道支吊架 , 应按下列 要求施 工: 在管 架与管道接触 的紧固面上 , 应加设石棉 布 、 石棉橡胶板 、 硬胶板或经过防腐处理的硬质木 垫 , 紧固管架的紧固螺母应配有弹簧垫圈 、 防松垫 圈或紧固螺母 , 管架不得在楼板 、 墙壁 、 有弹性的 钢结构及有振动的设备或支架上固定 。 3 其它注意事项 管道及设备的安装精度应符合有关规定 , 有对 口偏差时严禁用补偿器强行对口弥补 , 特别是波形 补偿器不允许受扭力作用 。 补偿器在安装过程中 , 一定要考虑到在水压试 验状态下的受力情况 , 要重点检查补偿器的支吊架 布置是否符合设计要求 。 试压前要仔细检查支吊架是否安装正确 , 支吊 架焊接是否达到设计要求 。 试压时要随时观察补偿 器的变化 , 以便提前采取防范措施 , 防止管道失稳 造成补偿器变形 , 从而失去应有的作用 。 参考文献 : [ 1] GB50235 -97 , 工业金属管道工程施工及验收规范 [ S] . [ 2] 郭邦海 . 管道安装技术实用手册[ M] . 北京 : 中国建材工业出 版 社 , 1999 . 作者简介 : 潘越 , 男 , 工程师 。 1997 年毕业于西安石油学院 机 械工程系 。 收稿日期 :2002 -11-25;修回日期 :2003 04 28 · 26 · ·3·

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